光学传感器星上定标漫射板的特性测量

为了考察星上定标漫射板的光学特性及其在航天环境下的稳定性,对其进行了方向半球反射比(DHR)、双向反射比因子(BRF)、双向反射分布函数(BRDF)等反射特性的测量;同时,进行了系列环境模拟试验。结果显示:星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异<0.01,在短波红外波段达0.95以上;10～60°BRF变化低于0.1,0～60°BRDF变化<0.045,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板350nm反射率在120h等效紫外辐照下的衰变<3%,其光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,并通过了航天级力学环境试验。试验研究表明:漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。

用于星上定标光源的LED筛选装置

考虑将发光二极管(LED)用作空间相机星上定标光源时对LED的发光一致性和稳定性的要求,研究了对市售LED产品进行试验和筛选的方法。分析了影响LED发光效率的因素及LED作为星上定标光源需要注意的问题,提出了将多只LED作为空间相机星上定标光源的筛选试验方案,并设计、研制了筛选装置。为了检验LED的工作稳定性和不同LED的发光一致性,该装置可同时监测多只LED的发光状态,并实现了无人值守操控和自动测量。利用该装置对某批次72只随机抽取的白光LED进行测试并根据测试数据对被筛选的白光LED进行了分析计算,结果显示,经过筛选的白光LED在连续点亮900h后,相对光强变化在1.5%左右。最后,从中筛选出符合光源要求的10只LED。

基于太阳漫射板的星上定标方法研究

基于太阳漫射板的星上定标方法是一种具有高精度、高频次、高效率等优点的独立定标方法,是目前提高我国遥感定标精度的重要手段之一。文章阐述了基于太阳漫射板的星上定标原理、方法及实现过程,建立了空间辐射标准,同时给出了星上反射率定标物理模型。分析定标物理模型发现,影响星上定标不确定度最主要的因素是太阳漫射板BRDF实时量值的确定。为此,首先介绍了星上定标时机的选择,根据所确定定标时机的太阳照明角度对太阳漫射板在实验室相应入射角度下的BRDF进行了测量。通过对太阳漫射板从制作完成到星上使用寿命终结整个过程中各阶段的BRDF量值的监测及修正,确保太阳漫射板定标时刻可为遥感器提供精确已知的辐射输入,实现遥感器全寿命期的高精度星上定标。最后,结合国内对定标模型中相关参数项测量的不确定度水平,按照测量不确定度B类评定的方法对基于太阳漫射板星上定标不确定度进行了预估,可实现星上反射率定标不确定度优于2.03%,绝对辐射定标方法不确定度优于2.04%。

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。

HJ-1B卫星红外多光谱相机星上定标精度分析

介绍了"环境一号"B(HJ-1B)卫星红外多光谱相机在轨辐射定标的目的以及星上定标的原理,分析了星上定标算法的精度。利用星上零级数据对星上定标系统的测控精度和工作稳定性进行研究,并在此基础上分析了定标数据的处理精度。HJ-1B卫星发射以来共对红外相机热红外通道进行了7次星上定标,为了监测定标系统的精度变化,文章利用MODIS-31、32通道辐亮度对HJ-1B卫星上定标系统精度进行检验,考虑MODIS传感器本身定标的不确定度恒定,分析结果表明自HJ-1B卫星发射以来星上定标系统相对精度发生了衰减。

空间调制干涉光谱成像仪的星上定标系统

经计算推导和实验,研究设计了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试.解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点.实现了全孔径、部分视场的相对光谱定标,得到了星上定标光谱和干涉图.

HJ-1B热红外通道星上定标精度检验与敏感性分析

利用内蒙古达里湖定标与真实性检验场地的星地同步观测数据,通过辐射传输模型计算大气廓线高度、大气气体含量、水表参数和观测角度等因子的不确定性对HJ-1B热红外通道(B08)星上定标精度的影响,分析星上定标对各观测因子误差的敏感性。结果表明,回归星上黑体常温点293K和高温点328K得到的HJ-1B B08星上定标,在285.5K点的定标精度在0.84K以内,从定标角度来说,满足陆表温度反演1.0K以内对定标精度的要求,而较难满足水表温度反演0.3K以内对定标精度的要求;星上定标更适用于洁净、干燥大气和高温、高比辐射率地物目标的定标。

卫星遥感仪器的可见光星上定标

介绍了卫星遥感仪器可见光星上定标的各种方案，提出了“月球恒星定标”、“内置灯定标”和“太阳定标”3种方式，比较了其优缺点和可行性，提出了合适的和可用于下一代中国地球同步气象卫星的星上定标方案以及为此而应该采取的实验和研究。

空间调制干涉光谱成像仪的星上定标系统稳定性研究

空间调制干涉光谱成像仪对地物光谱辐射信息以目标像元干涉图的形式进行采集,系统定标后,复原的光谱图能定量地反映地物目标实际对太阳光的漫反射特性。分析了空间调制干涉光谱成像仪的定标原理,经计算推导和实验,介绍了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试,解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点,对定标卤钨灯进行了辐射稳定性测试,光谱滤光片进行了光学性能测试和粒子辐照试验,星上积分球组件进行了环境力学试验和热真空实验,均得到了较好的结果。通过全孔径、部分视场的相对光谱定标,能够得到星上定标光谱和干涉图,在经过不同条件下复原光谱比较后,证明此星上定标系统是稳定可靠的。

MODIS的HJ-1B红外通道星上定标系数交叉验证

HJ-1B卫星自发射以红外通道共进行了7次星上黑体定标,针对星上定标系数的验证工作开展较少,以MODIS第31、32通道为参考源,分别基于光谱响应差异和线性统计关系两种方法对HJ-1B红外通道星上定标系数进行验证。首先,计算两个传感器表观辐亮度的匹配关系,进而计算出HJ-1B红外通道的等效离表亮温,通过与HJ-1B红外通道基于星上定标系数反演得到的离表亮温进行比较,实现对星上定标系数的验证。通过半高宽法、矩方法和查找表法这三种不同的方法计算得到了2009年9月14日星上定标系数。结果表明:三种方法中,查找表法精度较高,且HJ-1B查找表法星上定标系数反演亮温与基于光谱响应差异和线性统计关系计算的等效亮温偏差较小,分别为0.02 K和0.81 K。这两种交叉验证方法的精度均在1 K以内,证明了该方法的可行性,且基于光谱响应差异的验证方法精度更高。该研究为光学载荷在轨辐射定标的验证提供了理论基础。

基于光谱响应差异的HJ-1B热红外通道星上定标系数验证

HJ-1B卫星热红外通道自发射以来共进行了7次星上黑体定标,然而针对星上定标系数的验证工作开展较少。通过半高宽法、矩方法和查找表法计算得到2009年9月14日星上定标系数。以具有较高定标精度的MODIS为参考源,基于MODIS第31,32通道和HJ-1B热红外通道的光谱响应特性,改进对应热红外通道的光谱匹配算法,建立两传感器表观辐亮度的匹配关系,进而通过Planck公式计算出HJ-1B热红外通道的等效水表亮温,通过与HJ-1B热红外通道基于星上定标系数得到的反演水表亮温进行比较,实现对星上定标系数的验证。以光谱响应差异计算的等效亮温值为285.97K,半高宽法、矩方法和查找表法星上定标系数反演亮温值分别为288.77,274.52和285.97K。结果显示,半高宽法、矩方法和查找表法星上定标系数反演亮温与光谱响应差异计算的等效亮温偏差分别为2.8,-11.46和0.02K。结果表明,HJ-1B热红外通道星上定标方法中以查找表法星上定标系数计算结果精度较高。同时证明了基于光谱响应差异的HJ-1B热红外通道星上定标系数验证方法有效可行。

大气风场和温度场星载探测光谱仪的星上定标技术

大气风场和温度场是重要的大气基本参数,由于应用领域广泛,其探测技术在很多国家已发展成熟,中国对该探测技术的需求也日趋强烈。大气风场和温度场测量是利用高精度的光谱仪,通过测量大气中特征谱线的多普勒频移和展宽,来确定大气的温度分布场和风向风速场。星上定标技术是大气风场和温度场星载探测光谱仪进行高精度测量的基本保障。文中就几种重要的大气风场和温度场探测光谱仪的星上定标技术进行分析和总结,为大气风场和温度场探测技术发展提供参考,打下基础。

干涉型超光谱成像仪的星上定标技术研究

根据干涉型超光谱成像仪的原理、特点以及对星上定标的要求,介绍了几种星上定标技术,分析了几种定标方案的结构和优缺点。在一次像面上引入定标结构的方法是利用一次像面上狭缝两端的边视场或在狭缝旁开孔,引入定标光源实现定标。根据聚光结构的不同,定标光源使用聚光镜和自聚焦镜两种方案;全系统定标方法是通过摆镜旋转90°引入定标光源,可分为朗伯板定标系统和积分球定标系统。在实际设计中,根据光学系统、结构总体的实现可能性,选择了积分球定标系统的方案。经过分析对比,后者结构紧凑、光能量大,可实现全系统、全口径、部分视场定标。

一种消除全极化微波辐射计顺/逆风向遥感模糊性的新方案——星上定标和扫描机制设计的有关考虑(英文)

从观测方式的角度出发,讨论消除全极化微波辐射计遥感风向(顺风/逆风)模糊性的具体实施方案,提出合理进行星上定标和对地观测的设计思想。在研究全极化辐射计星上外定标方法的基础上,依据消除海面风向反演模糊性的算法,提出一种采用侧视扫描的机制,设计了在星上实现全极化微波辐射计对同一面元进行前、后两次扫描的具体方案,给出了一种在扫描周期内合理分配观测方位角和定标单元的方法。模拟结果表明,采用这种机制可以有效消除全极化辐射计风向反演存在的顺/逆风180°模糊,使风向反演精度大大提高。同时,考虑到卫星上空间资源的限制,单侧扫描刈幅宽度还能够达到760km以上,能够满足在较短的时间内覆盖全球的时间分辨率的要求。

星上定标积分球标准光源—稳流源驱动器的研制

星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。为了提高星上定标积分球系统的光源稳定性,减少积分球辐亮度变化率,针对积分球系统定标用的光源-卤钨灯对定标精度的影响,研制了一种控制卤钨灯发光强度稳定性的稳流电源。介绍了具有软启动特性的标准灯稳流驱动电源的工作原理及应用电路,研究了输入电压负载、温度等参数对电源性能的影响,并对稳流源电路进行了测试。通过改变三极管增益的方法调整软启动时间,采集串联在电路中的高精密电阻两端的电压,并计算电路中的电流,得到电流稳定性达到0.037%;增加重复性后,电流稳定性为0.043%。实验结果表明,得到的电流稳定精度满足了积分球系统光的变化不超过1%的要求。此积分球系统已成功应用于某型号成像光谱仪的星上定标。

“环境一号”B星热红外通道星上定标与交叉定标研究

文章以"环境一号"B星(HJ-1B)发射前实验室定标为基础,分析了HJ-1B红外相机的星上定标系统功能。利用2009年3次星上黑体定标数据对HJ-1B热红外通道进行星上定标,以青海湖不同时相的美国TERRA卫星MODIS传感器31通道(MODIS-31)数据对HJ-1B热红外通道进行交叉定标,得到了准确的定标系数,最后对两种定标方法进行误差对比分析,为实时准确的获取HJ-1B热红外通道定标系数提供方法借鉴。

FY-2C发射前后可见光星上定标的比较

为了提高FY-2C的定量化应用,监测遥感仪器的长期变化,为扫描辐射计设计了可见光星上定标器。可见光星上定标器包括工作原理、光机设计、试验方法和在轨定标数据推算.发射前定标试验利用平面镜将太阳引入辐射计星上定标装置,获取电信号和计数值;在轨后每天午夜辐射计获取太阳像并输出计数值。通过分析发射前后所获取的定标图像和数据,并结合两年多的在轨运行状况,检验辐射计可见通道的探测性能,以确定辐射计的运行状态,判断可见光通道的衰减,并作为定量应用的参考。

星上定标积分球系统的设计

星上定标系统是有效监测遥感器辐射响应性能的重要技术构成,成像光谱仪技术的发展对星上定标系统提出了更高的要求,包括系统小型轻量化及稳定性等技术难题。提出一种较完整的技术方案,以内置卤钨灯为光源,用小型化的积分球为匀光体,采用色温校正技术调节其光谱输出,内置安装标准辐射计监视系统的稳定性。针对积分球系统定标用的光源——卤钨灯对定标精度的影响,研制了一种控制卤钨灯发光强度稳定性的稳流电源。介绍了具有软启动特性的标准灯稳流驱动电源的工作原理及应用电路,并对稳流源电路进行了测试,通过改变三级管增益的方法调整软启动时间,得到电流稳定性误差为0.043%。并对卤钨灯的发光强度进行定量化测量,设计了一种从光电流转换为频率输出的高性能转换电路。测试系统输出频率的稳定性为0.645%。此积分球系统已成功应用于某型号成像光谱仪的星上定标。

用于地球同步轨道遥感仪器星上定标的漫反射板特性分析

为实现静止轨道遥感仪器的可见光近红外波段星上定标,设计了以太阳作光源,漫反射板作目标的方案。其中,漫反射板的光学特性和空间环境变化是关键技术。介绍了漫反射板的双向反射分布特性,以及双向反射分布函数(BRDF)的测试,进行了漫反射板的空间环境模拟试验。试验结果表明能够满足应用的需要。

成像光谱仪星上定标技术

成像光谱仪是同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器。星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。本文阐述了成像光谱仪星上定标的原理,按照星上定标采用的参考标准对星上定标技术进行了分类,介绍了星上辐射定标和光谱定标技术,并展望了成像光谱仪未来发展趋势。最后指出,绝对辐射定标已经成为成像光谱仪星上定标的基本要求,太阳将逐步代替星上标准灯成为绝对辐射标准。基于不同参考标准的定标方法的综合应用将使星上定标精度和可靠性大大提高。随着定标精度的进一步提高,地面光谱定标装置将逐步空间化,基于探测器的星上辐射定标系统也将逐步得到应用。